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无线机车信号系统可靠性设计

佟众  
【摘要】: 摘要:为了更好的提高铁路运输效率,保障行车安全,列控系统逐渐向基于通信的列车控制系统而发展。无线机车信号系统则是利用无线信道在车地间传输大量的双向信息,通过列车控制中心实现区域范围内列车的统一调度,从而大大提高行车效率,并且具有更高的可靠性和安全性。世界上很多国家在这方面已经做出了探索,我国的先进列控系统发展较晚,但近几年通过不断的探索也取得了一定的成果。论文阐述了无线机车信号系统原理与结构,并分析了其他相关列控子系统的功能,从中得到列控子系统的一般模型。根据无线机车信号系统的结构需要,分析了系统的安全需求及性能指标,使之符合“安全性完善度等级(SIL)”的要求。 论文首先根据无线机车信号系统的基本原理,对系统的各部分结构进行了设计,其中主要包括地面控制系统,车载主机系统和无线通信系统,另外还介绍了相关一些列控子系统的基本功能。地面控制设备采用二乘二取二结构设计,车载主机采用双机热备系统,并研究了主用单元与备用单元的切换过程实现。 在可靠性结构设计的基础上,引入马尔可夫过程建模方法,对不同的控制系统结构进行了可靠性分析。论文选择Markov链模型对控制结构建模,主要原因是马尔可夫可靠性模型是计算建立在时间函数之上不同状态下的系统概率,模型中从一种状态到另一种状态的转移代表了器件的失效和冗余性能。Markov模型与系统状态的微分方程是等同的,因此与顺序相关维修和冗余处理被一并考虑在内。马尔可夫比较适合研究具有离散时间或离散状态的状态转换的随机过程,建模的方法简单,算法容易仿真,并具有较高的精度。本文研究了控制结构的Markov链模型一般分析方法,使用数学软件Matlab对模型进行仿真,得出了不同控制结构的可靠性安全性指标,通过改变系统参数分析仿真结果的差异,对无线机车信号可靠性和安全性设计提供了途径。 论文最后研究了无线机车信号系统的控制方式,包括自律轮询注册方式,三维控制算法的具体要求等,并研究了通过控制方法实现的系统故障安全措施。从而表明了无线机车信号系统的高可靠性与安全性适用于多种场合,大大提高行车效率,保障行车安全。


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